Bu çalışmada insanların yürüyüşleri esnasında diz hareketinden enerji elde edebilen bir piezoelektrik enerji hasadı aygıtının geliştirilmesi ve test edilmesi ele alınmıştır. Aygıt diz çevresine yerleştirmek üzere optimize edilmiş ve minimal ölçülere sahip iki adet MEMS tabanlı piezoelektrik yama dönüştürücüden oluşmaktadır. COMSOL programında yapılan simülasyonlar ile normal yürüme sırasında elde edilebilecek maksimum performans incelenmiştir. Piezoelektrik dönüştürücülerin iç kapasitans ve dirençlerinin 80 nF ile 470 kohm mertebesinde olduğu ölçülmüştür. Dönüştürücüler bir gönüllünün taktığı dizliğe yerleştirilerek, üretilen gerilim ve güç değerleri test edilmiştir. Yürüme sırasında maksimum 14 V ve 6.2 uW rms güç elde edilmiştir. Bu değerlerin orta hızlı koşma esnasında 14.4 V ve 12uW’a çıktığı gözlemlenmiştir. Ölçülen gerilim ve güç değerleri, bu aygıtın giyilebilir elektronik aletleri çalıştırabilme ve bu aletlerin pillerini sürekli şarj edebilme potansiyelini ortaya koymaktadır.
This paper presents a piezoelectric energy harvesting device that generates electrical power from knee motion during human
gait. The device is composed of two MEMS-based piezoelectric patch transducers optimized for placement around knee joints
with minimal footprint. Simulations were performed on COMSOL software to reveal maximum performance that can be
achieved under normal walking conditions. The internal capacitance of the patch transducers was measured to be 80 nF, while
the resistance was on the order of 470 k. The patch transducers were inserted in a knee brace worn by a volunteer subject, and
were characterized for voltage and power generation. During walking, the maximum open circuit voltage and rms power were
measured to be 14 V and 6.2 W, respectively. These values were observed to increase up to 14.4 V and 12 W during a moderate
running activity. The level of power achieved in the experiments shows the potential of this device as an independent onboard
power component and as a continuous battery charger for wearable electronic devices.
Primary Language | English |
---|---|
Subjects | Engineering |
Journal Section | Articles |
Authors | |
Publication Date | May 25, 2019 |
Submission Date | July 30, 2018 |
Published in Issue | Year 2019 Volume: 7 Issue: 2 |